Przetworniki morskie to urządzenia elektroakustyczne, które przekształcają sygnały elektryczne w fale ciśnienia akustycznego, a napływające wahania ciśnienia w sygnały przeznaczone do przetwarzania, umożliwiając komunikację, wykrywanie, nawigację i pozycjonowanie na bezzałogowych platformach morskich.
W tej kategorii przedstawiono wiodących dostawców przetworników podwodnych i morskich, oferujących rozwiązania stosowane w pojazdach AUV, UUV, ROV oraz USV.
Przeczytaj Przegląd technologii
Stacje monitorowania pogody, przetworniki morskie, sonary boczne i altimetry podwodne
Jeśli projektujesz, budujesz lub dostarczasz Przetworniki morskie, Załóż profil, aby zaprezentować swoje możliwości i nawiązać kontakt z osobami, które aktywnie poszukują Twoich rozwiązań.
Przetworniki morskie zapewniają połączenie elektroakustyczne między bezzałogowymi platformami morskimi a otaczającą je wodą. Podczas nadawania przetworniki akustyczne przekształcają sygnały elektryczne w fale ciśnienia akustycznego. W trybie odbioru przekształcają one napływające wahania ciśnienia w sygnały elektryczne przeznaczone do przetwarzania. Umożliwia to prowadzenie pomiarów, komunikację, nawigację oraz pozycjonowanie w ramach autonomicznych pojazdów podwodnych (AUV), bezzałogowych pojazdów podwodnych (UUV), pojazdów zdalnie sterowanych (ROV) oraz bezzałogowych statków powierzchniowych (USV).
Zintegrowanie podwodnego przetwornika sonarowego wymaga znalezienia równowagi między parametrami akustycznymi, dostępną przestrzenią, zużyciem energii oraz wymaganiami montażowymi. Właściwa architektura przetwornika zależy od układu platformy, głębokości operacyjnej, środowiska akustycznego oraz celów misji.
Przetwornik ultradźwiękowy M190 firmy Airmar Technology Corporation
Podwodny projektor akustyczny to aktywny przetwornik sonarowy przeznaczony do emitowania fali dźwiękowej o wysokiej energii do środowiska morskiego. Zasilane przez wzmacniacze mocy projektory generują kontrolowane fale ciśnieniowe dla sonarów aktywnych, modemów akustycznych, transponderów pozycjonujących oraz podwodnych urządzeń wyzwalających. Projektory wysokoczęstotliwościowe często wykorzystują kompaktowe płytki piezoceramiczne lub materiały kompozytowe, natomiast urządzenia niskoczęstotliwościowe zazwyczaj wymagają większych powierzchni promieniujących lub konstrukcji rezonansowych.
Przetwornik hydrofonowy to pasywne urządzenie odbiorcze, które przekształca wahania ciśnienia w sygnały elektryczne. Czujniki te wykrywają sygnatury statków, sygnały biologiczne, aktywność sejsmiczną oraz echa sonaru aktywnego w szerokim zakresie częstotliwości. Współczesne urządzenia wykorzystują ceramikę na bazie cyrkonianu-tytanianu ołowiu, folie piezopolimerowe lub światłowody połączone z przedwzmacniaczami o niskim poziomie szumów.
Akustyczny nadajnik-odbiornik łączy funkcje nadawania i odbioru w jednej obudowie, co ułatwia instalację na platformach o ograniczonej przestrzeni. Typowe zastosowania obejmują modemy akustyczne, wysokościomierze oraz zespoły przetworników echosondy. Obwody przełączające nadawanie/odbiór chronią wrażliwe przedwzmacniacze podczas impulsów wysokiego napięcia, natomiast filtrowanie cyfrowe i wygaszanie odbiornika ograniczają oscylacje przetwornika.
Układ przetworników łączy wiele elementów akustycznych o znanej geometrii w celu tworzenia skupionych wiązek, określania kątów przybycia sygnału oraz eliminowania niepożądanych zakłóceń. Systemy te umożliwiają elektroniczne sterowanie impulsami nadawczymi lub tworzenie wielu wiązek odbiorczych bez konieczności stosowania mechanicznych urządzeń do obrotu i pochylenia. Nowoczesne platformy mogą wykorzystywać podwodne wieloosiowe układy przetworników, układy dopasowane do kształtu kadłuba lub holowane układy hydrofonowe.
Przetwornik szerokopasmowy M194 o częstotliwości 200 kHz firmy Airmar Technology Corporation
Ponieważ sygnały o częstotliwościach radiowych ulegają gwałtownemu tłumieniu w wodzie morskiej, komunikacja akustyczna stanowi podstawową metodę bezprzewodowej wymiany danych na duże odległości z platformami zanurzonymi. Modem akustyczny wykorzystuje specjalistyczny przetwornik do przesyłania danych telemetrycznych, poleceń sterujących oraz danych z czujników przez słup wody. Niższe częstotliwości zapewniają większy zasięg, natomiast wyższe częstotliwości umożliwiają tworzenie połączeń o mniejszym zasięgu, ale większej przepustowości.
Podwodne platformy bezzałogowe wykorzystują przetworniki akustyczne do pozycjonowania w sytuacji, gdy nie ma stałego dostępu do sygnału satelitarnego. Głowice przetworników typu Ultra-Short Baseline (USBL) mierzą różnice fazowe lub czasowe w celu zlokalizowania docelowych transponderów, natomiast sieci typu Long Baseline (LBL) wykorzystują transpondery umieszczone na dnie morskim jako punkty odniesienia dla pozycjonowania. Dopplerowskie logi prędkości (DVL) mierzą przesunięcia dopplerowskie w celu śledzenia prędkości, wysokościomierze mierzą wysokość dna morskiego za pomocą przetwornika jednowiązkowego, a podwodne przetworniki ciśnienia dostarczają danych dotyczących głębokości.
Aktywne systemy sonarowe wykorzystują przetworniki morskie do tworzenia map, wykrywania celów oraz omijania przeszkód. Przetworniki sonaru bocznego generują wąskie wiązki poziome do mapowania rozpraszania wstecznego dna morskiego, natomiast przetworniki wielowiązkowe wytwarzają szerokie pasma akustyczne do badań batymetrycznych. Sonary przednie wykorzystują podwodne układy przetworników ultradźwiękowych o wysokiej częstotliwości do identyfikacji zagrożeń i przeszkód w czasie rzeczywistym.
Pasywne monitorowanie akustyczne umożliwia platformom bezzałogowym śledzenie źródeł dźwięku bez emitowania energii akustycznej. Skalibrowane hydrofony wspierają monitorowanie ssaków morskich, badania oceanograficzne oraz dyskretny nadzór morski. Przetwarzanie na pokładzie pozwala przekształcić surowe nagrania w ukierunkowane podsumowania danych, zmniejszając wymagania dotyczące przechowywania i transmisji.
Autonomiczne pojazdy podwodne (AUV) oraz bezzałogowe pojazdy podwodne (UUV) wymagają kompaktowych, energooszczędnych przetworników, które zmieszczą się w ograniczonej przestrzeni ładunkowej bez zakłócania właściwości hydrodynamicznych. Okna akustyczne oraz przetworniki montowane wpuszczane chronią powierzchnie czujników, zachowując jednocześnie płynne linie kadłuba. Odpowiednie uziemienie, ekranowanie oraz oddzielenie od sterowników silników o dużej mocy pomagają zapobiegać zakłóceniom elektromagnetycznym.
Pojazdy zdalnie sterowane (ROV) wykorzystują zasilanie przewodowe do obsługi sonarów obrazujących o dużej mocy, wieloosiowych systemów sonarowych, kamer akustycznych oraz zestawów czujników wymagających intensywnego przetwarzania danych. Hałas silników odrzutowych, drgania konstrukcyjne oraz drgania linki zasilającej mogą pogorszyć parametry akustyczne. Umieszczenie głowic sonarowych z dala od strumieni pędowych silników oraz zastosowanie izolatorów drgań pomaga zachować klarowność obrazu.
Bezzałogowe statki powierzchniowe (USV) są wyposażone w przetworniki hydrograficzne, profilometry prądów oraz podwodne bramki akustyczne, jednak muszą funkcjonować w warunkach uderzeń o kadłub, działania fal oraz porwanych pęcherzyków powietrza. Operatorzy USV mogą stosować wysuwane maszty, sztywne kilowe elementy opuszczane lub elementy holowane w celu umieszczenia przetworników poniżej napowietrzonej warstwy granicznej powierzchni wody.
Szybowce napędzane siłą wyporu oraz pływaki profilujące wykorzystują przetworniki o bardzo niskim poborze mocy oraz pasywne hydrofony do długotrwałego gromadzenia danych środowiskowych. Brak aktywnych śrub napędowych zapewnia ciche warunki nasłuchu podczas faz lotu. Praca cykliczna, przetwarzanie wyzwalane zdarzeniami oraz obudowy odporne na ciśnienie pomagają oszczędzać energię i utrzymać wydajność podczas wielokrotnych zanurzeń.
Podwodne lądowniki stanowią statyczne platformy do długotrwałego pasywnego monitoringu akustycznego i pomiarów oceanograficznych. Brak ruchu platformy oraz hałasu silników odrzutowych pozwala uzyskać wyraźne dane akustyczne, pod warunkiem że konstrukcja jest izolowana od drgań dna morskiego i ruchów kabla. Długotrwałe misje wymagają ochrony przed porastaniem biologicznym, obudów odpornych na korozję oraz precyzyjnych zegarów.
Postępy w dziedzinie materiałów akustycznych, produkcji krzemowej oraz produkcji addytywnej przyczyniają się do poprawy wydajności nowoczesnych przetworników morskich.
Technologie te nieustannie poszerzają możliwości wykrywania podwodnego, jednocześnie zmniejszając wymagania dotyczące integracji platform.
Wyszukiwanie firm i produktów
Subskrybuj cotygodniowy eBrief
Najnowsze osiągnięcia inżynieryjne i techniczne prosto do Twojej skrzynki odbiorczej - dołącz do tysięcy inżynierów, którzy je otrzymują.